CN102476047A

CN102476047A - 味精母液吸附脱色材料

Info

Publication number: CN102476047A
Application number: CN2011100356510A
Authority: CN
Inventors: 杨希
Original assignee: Huzhou Xinhe Environment Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Huzhou Xinhe Environment Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2010-11-23
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2012-05-30

Abstract

本发明提供一种用于味精母液吸附脱色的材料，包括在第一吸附材料的外围包裹另一种吸附材料，其特征在于所述第一种吸附材料整体具有网络状多孔结构，其孔径范围为小于20nm，所述另一种吸附材料整体具有模板状多层结构，晶层间距为5-50nm。本发明味精母液吸附脱色材料的有机负载量为100～200mg/g，比表面积为20～100m2/g对味精母液色素的脱除后母液的透光度达90％以上，胶体、悬浮物去除率达90％以上。

Description

味精母液吸附脱色材料

技术领域

本发明涉及一种水处理材料，尤其涉及一种用于味精母液吸附脱色的材料。

背景技术

目前，在味精生产中，国内外皆以发酵法为主，由于原料中含有杂质以及设备腐蚀等因素，谷氨酸中和液中常存在Fe2+、Fe3+等无机色素，同时兼有蛋白质发酵而产生的色素——其中以弱酸类的有机色素为主，且具有相对分子质量较大的特点。在精制生产过程中，由于原料(谷氨酸)含有较多的色素，不可避免会带到味精母液中，如不加以处理会严重影响味精的产品质量。现有生产工艺中，味精精制母液采用的是活性炭粉+碳柱组合工艺，头道母液、二道母液、三道母液均采用这种工艺。这种工艺的弊端在于运行成本高，生产环境差等问题。

程长平等的《纳滤膜技术在味精二道母液脱色中的应用研究》(发酵科技通讯，2008年第37卷第4期)介绍纳滤膜分离技术在味精二道母液脱色中的应用情况，经过纳滤脱色处理的二道味精母液，透光率从处理前的46％-53％提高到处理后的78％-86％。超滤膜使用一段时间后，被截留下来的色素以及其它大分子胶体物质等会依附在超滤膜的内表面，使超滤膜的通量逐渐下降，严重的更会引起超滤膜发生堵塞，因此必须定期对超滤膜进行冲洗以恢复膜的通量，其运行效率受到严重影响。

刁仕权等的《味精脱色用树脂的研究》(江南大学学报(自然科学版)2005年第4卷第2期)研究了树脂在味精脱色中的应用，通过6种树脂脱色性能的比较，得出结论是：在味精母液体系中脱色，树脂受污染较严重，再生性能不好。

此外，王晓兰的《有机粘土对染色废水吸附脱色研究》(工业用水与废水，2002年5期)用十六烷基胺对粘土进行改性处理制得有机粘土吸附剂，考察该吸附剂对废水的吸附脱色效果.实验室研究结果表明：有机粘土在废水脱色中优于无机粘土，但比活性炭的吸附能力稍差。

膨润土是以蒙脱石为主要成分的粘土矿物，为层状结构，其晶体单元由硅氧四面体和铝氧八面体按2∶1比例组成，理论化学组成为：Al₂[Al_xSi_4-xO₁₀](OH)₂。硅氧四面体和铝氧八面体中存在阳离子(如Fe²⁺、Fe³⁺、Mg²⁺、Al³⁺)同晶替代现象，当替换阳离子为低价时，结构增加等当量负电荷，由层间吸附其他阳离子来补偿达到电荷平衡，这些离子主要有K⁺、Na⁺，Li⁺，Ca²⁺等，这使得与其他阳离子发生交换成为可能。同时膨润土颗粒表面因吸附水分子发生水化，水分子进入膨润土层间，引起膨润土体积膨胀，比表面积显著增大，产生很强的吸附能力。阳离子交换性和吸附性是膨润土的主要特性。国外自上世纪六七十年代就已开始研究将膨润土运用于环境污染控制当中。自20世纪90年代以来，我国也开始膨润土在环保领域中的应用研究。中国天然膨润土资源丰富，价格低廉，大力开发膨润土和改性膨润土水处理剂具有广泛应用前景。

由于天然膨润土表面硅氧结构具有极强的亲水性，加上层间阳离子易水解，故应用未经改性的膨润土处理废水时，吸附效果不明显。一般用于废水处理的膨润土都必须经过改性处理。膨润土改性方法目前主要有两种：一是活化法；二是添加离子型化合物，包括无机化合物、有机化合物以及无机-有机复合改性剂。经改性后的膨润土，其水处理效果显著提高。用有机高聚物改性膨润土是近年研究热点，它是利用层状膨润土作为主体，将有机高聚物作为客体插入主体的层间制得。其中，经季铵盐改性剂插层复合制得的阳离子有机膨润土，层间距增大，层间域成为疏水环境，表面电荷增加，从而吸附性能大大改善，去除水中有机物的能力比原土高几十到几百倍。EPI-DMA是一种含有羟基、胺基、铵离子等功能基团的新型高效水溶性季铵盐型阳离子聚合物，具有分子量大、正电荷密度高、高效无毒、造价低廉等优点，是一种应用广泛的水处理剂。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中用于味精母液脱色的技术方案，要么运行成本高，生产环境差；要么吸附能力差、运行效率不高等的技术问题，提供一种味精母液吸附脱色材料。

为实现本发明目的，本发明提供一种用于味精母液吸附材料，包括在第一吸附材料的外围包裹另一种吸附材料，其特征在于所述第一种吸附材料整体具有网络状多孔结构，其孔径范围为小于20nm，所述另一种吸附材料整体具有模板状多层结构，晶层间距为5-50nm。

优选地，本发明所述第一种吸附材料选自活性炭、硅胶、活性氧化铝、合成沸石和吸附树脂中的一种或多种。

优选地，本发明所述第二种吸附材料选自膨润土、蒙脱石、凹凸棒和伊利石中的一种或多种，并经过有机表面活性剂改性处理。更优选是采用聚环氧氯丙烷二甲胺阳离子化改性处理。

本发明复合吸附材料的吸附机理同时利用了分配吸附机理和表面吸附机理，利用外部的微观结构呈模板状多层结构的所述第二种吸附材料按分配吸附机理进行吸附，适合于吸附较大分子体积的杂质物质；利用内部的网络多孔结构的所述第一种吸附材料按表面吸附机理进行吸附，适合于吸附较小分子体积的杂质物质。

其中，本发明所述第一吸附材料，通常为多孔表面吸附材料，主要通过表面吸附机理进行吸附，如活性炭、硅胶、活性氧化铝、合成沸石和吸附树脂，这些多孔固体颗粒具有高比表面、微孔孔径较小，微孔孔径小于20nm，适于吸附小分子溶解态杂质物质。

本发明所述第二吸附材料，主要通过分配原理进行吸附，如改性粘土矿物材料，其物微观结构呈模板状多层结构，晶层间距为0.96-2.14nm。经过有机化改性后，模板表面从原来的亲水性转变为疏水亲油性，层间距提高到5-50nm。吸附是发生在吸附剂的多层模板表面，表面改性剂的长碳链会嵌入油和其它碳氢污染物颗粒中，通过库伦力(静电，范德华力)将其固定住。由于层状结构和撑大的层间间距，不易发生吸附污堵问题。

由于原料中含有杂质以及设备腐蚀等因素，味精母液中常存在Fe2+、Fe3+等无机色素，同时兼有蛋白质发酵而产生的色素，其中以弱酸类的有机色素为主，且具有相对分子质量较大的特点。

本发明是通过在第一微孔吸附材料外围包覆具有模板状多层结构的第二吸附材料而制备出的复合吸附材料，这样在吸附过程中，先经过具有高层间距呈开放性的层状结构的有机改性粘土矿物吸附材料，在分配原理的作用下，较大体积色素被吸附；扩散到吸附材料内部的水中，只剩下溶解态小分子色素物质，这样就避免了其微孔发生污堵，而其大的表面可以充分发挥作用，吸附掉那些溶解态小分子色素。

这种分级进行的吸附过程，不但可以提高吸附材料吸附能力，还可以改善整个吸附剂吸附过程中的传递速度，提高其吸附效率。

优选地，作为本发明所述第二种吸附材料的膨润土、蒙脱石、凹凸棒和伊利石等的粘土矿物材料，是采用聚环氧氯丙烷二甲胺阳离子化改性处理。

研究结果表明，阳离子型、聚合物结构的聚环氧氯丙烷-二甲胺具有优秀的絮凝效果。一般来说，阳离子度越高，分子量越大，聚合物的絮凝效果越好。聚环氧氯丙烷-二甲胺的絮凝机理是电中和及吸附架桥两种作用机理的结合。综合研究结果表明，聚环氧氯丙烷-二甲胺是一种高效多功能的有机絮凝剂。

味精母液中除了含有大量色素成份外，还有大量的胶体、悬浮物，包括谷氨酸与Fe2+、Ca2+、Mg2+等合成的化合物、络合物和鳌合物以及焦谷氨酸。本发明采用聚环氧氯丙烷二甲胺阳离子化改性处理的所述第二种吸附材料，如膨润土、蒙脱石、凹凸棒和伊利石等的粘土矿物材料，不但对味精母液中的色素物质具有良好的吸附作用，而且还对母液中的胶体、悬浮物具有良好的絮凝作用。

因此，根据本发明的味精母液吸附材料，有机负载量为100～200mg/g左右，比表面积为20～100m2/g，对味精母液色素的脱除后母液的透光度达90％以上，胶体、悬浮物去除率达90％以上。

本发明方法具有设计合理、工艺简单、成本低廉等优点，制得的聚环氧氯丙烷二甲胺阳离子膨润土产品质量稳定、吸附性能优良，在对味精母液的脱色吸附处理方面具有广泛的应用价值。

附图说明

附图1是采用本发明吸附材料的性能评价工艺示意图。

附图标记说明：1、味精母液水箱；2、截止阀；3、蠕动泵；4、流量计；5、吸附柱；6、截止阀。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本明的技术方案作进一步具体的说明。但其并不能理解为是对本发明的限制。

实施例1：

按照以下步骤制备本发明的吸附材料：

1、按照钠基膨润土的阳离子可交换量(摩尔数)与聚环氧氯丙烷二甲胺的摩尔数比为1∶1的比例，将41克聚环氧氯丙烷二甲胺(购自淄博三福化工开发有限公司)和53克钠基膨润土(购自浙江丰虹粘土化工有限公司)，加入到三口烧瓶中，并加入300毫升的去离子水，保持温度为90℃，搅拌混合物使其反应2小时，获得浆状产物；

2、将制备的浆状产物转移至烧杯中，将20-30目的活性炭颗粒(江苏溧阳市南方活性炭厂ZJ-238)加入其中，使活性炭颗粒被上述浆状物完全包覆；

3、在130℃下，将步骤2所得产品干燥4小时，制备得到本发明的球形包覆形式的8-30目吸附材料。

所制备的本发明球形包覆形式的吸附材料，其由内核的活性炭和包覆在该内核活性炭外部的改性矿物材料钠基膨润土构成，外观呈乳白色粉状固体，有机负载量为100～200mg/g左右，比表面积为20～100m2/g。

实验例1

按照图1所示的流程，采用层析柱评价方法测定吸附材料的吸附能力和效果。层析柱5材料为玻璃，直径3厘米，长70厘米。具体步骤如下：

1、将实施例1所制备所得的8-30目本发明复合吸附材料装填到层析柱5中；

2、使蠕动泵3通电，打开截至阀2，使用蠕动泵3将味精母液箱1中油含量为1000ppm的测试水溶液经过流量计4，从层析柱5上部压入，经过吸附柱5吸附处理后的水流经过截止阀6排出；并使其从层析柱5下部流出，控制水溶液流量使其在吸附剂床层的停留时间为8到10分钟。

3、定时分别在层析柱5上部进液口和下部出液取水样，分别采用GB 11901规定的方法测定溶液的悬浮物浓度，采用紫外分光度法(紫外可见分光光度计型号是752N，上海精密科学仪器有限公司)进行浓度分析，分别检测层析柱中加入10-20目活性炭和实施例1的8-30目本发明复合吸附材料时，各自的进水油含量和出水中油含量。

计算结果见表1。

表1

Claims

1.一种用于味精母液吸附脱色的材料，包括在第一吸附材料的外围包裹另一种吸附材料，其特征在于所述第一种吸附材料整体具有网络状多孔结构，其孔径范围为小于20nm，所述另一种吸附材料整体具有模板状多层结构，晶层间距为5-50nm。

2.根据权利要求1所述的一种用于味精母液吸附脱色的材料，其特征在于所述第一种吸附材料选自活性炭、硅胶、活性氧化铝、合成沸石和吸附树脂中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种用于味精母液吸附脱色的材料，其特征在于所述第二种吸附材料选自膨润土、蒙脱石、凹凸棒和伊利石中的一种或多种，并经过有机表面活性剂改性处理。

4.根据权利要求3所述的一种用于味精母液吸附脱色的材料，其特征在于所述第二种吸附材料是采用聚环氧氯丙烷二甲胺阳离子化改性处理。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的一种用于味精母液吸附脱色的材料，其特征在于所述味精母液吸附脱色材料的有机负载量为100～200mg/g，比表面积为20～100m2/g。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的一种用于味精母液吸附脱色的材料，其特征在于所述味精母液吸附脱色材料对味精母液色素的脱除后母液的透光度达90％以上，胶体、悬浮物去除率达90％以上。

7.一种用于味精母液吸附脱色的材料的制备方法，按照以下步骤制备本发明的吸附材料：

1)按照钠基膨润土的阳离子可交换量(摩尔数)与聚环氧氯丙烷二甲胺的摩尔数比为1∶1的比例，加入到三口烧瓶中，并加入300毫升的去离子水，保持温度为90℃，搅拌混合物使其反应2小时，获得浆状产物；

2)将制备的浆状产物转移至烧杯中，将20-30目的活性炭颗粒加入其中，使活性炭颗粒被上述浆状物完全包覆；

3)在130℃下，将步骤2所得产品干燥4小时，制备得到本发明的球形包覆形式的8-30目吸附材料。

8.根据权利要求7所述的一种用于味精母液吸附脱色的材料的制备方法，其特征在于所制备味精母液吸附脱色材料的有机负载量为100～200mg/g，比表面积为20～100m2/g。

9.根据权利要求7所述的一种用于味精母液吸附脱色的材料的制备方法，其特征在于所制备味精母液吸附脱色材料对味精母液色素的脱除后母液的透光度达90％以上，胶体、悬浮物去除率达90％以上。